Effect of nitrogen nutrition on Medicago truncatula resistance against Aphanomyces euteiches

L’azote (N) est un facteur majeur limitant la croissance des plantes. Sa disponibilité peut également avoir un impact sur la résistance des plantes aux pathogènes en régulant leur immunité. Afin de mieux comprendre les liens entre la nutrition azotée et les défenses de la plante, nous avons analysé l’impact de la disponibilité en N sur la résistance de Medicago truncatula à un pathogène racinaire, Aphanomyces euteiches, en prenant en compte la variabilité génétique de la plante. Cet oomycète est considéré comme un des facteurs limitant le plus la production des légumineuses. Deux conditions de nutrition azotée, non limitante ou carencée en N, et dix génotypes de M. truncatula ont été testés in vitro. Les résultats ont montré que la résistance est modulée par les conditions nutritionnelles, dépendament du génotype. Les analyses d’expression de gènes impliqués dans le métabolisme azoté et dans les réponses de défense ainsi que la quantification des teneurs en acides aminés et des composés métaboliques secondaires ont montré des réponses différentes selon les génotypes et la condition nutritive. Elles ont souligné en particulier le rôle potentiellement important de la glutamine dans ce pathosystème. De plus, nous avons mis en évidence l’importance de l’homéostasie du monoxyde d’azote (NO) dans la résistance de M. truncatula à A. euteiches et que la disponibilité en azote impactait l’homéostasie du NO en affectant les niveaux de S-nitrosothiols et l’activité de la S-nitrosoglutathion réductase dans les racines. Ces résultats soulignent l’importance du métabolisme azoté et de son interaction avec le génotype de la plante dans les réactions de défense chez M. truncatula.Nitrogen (N) is a major limiting factor for plant growth. N availability can also impact plant resistance to pathogens by regulating plant immunity. To better understand the links between N nutrition and plant defense, we analyzed the impact of N availability of plant on Medicago truncatula resistance to the root pathogen, Aphanomyces euteiches, taking into account plant genetic variability. This oomycete is considered as the most limiting factor for legume production. Two conditions of N nutrition, non-limiting or deprived in N, and ten plant genotypes were tested in vitro. The results showed that the resistance is modulated by nutritional conditions, depending on plant genotype. Analysis of the expression of genes involved in N metabolism and defense and quantification of different amino-acids contents and secondary metabolic compounds showed different responses of the genotypes and highlighted a potential role of glutamine in this pathosystem. Furthermore, our work underlined the importance of nitric oxide (NO) homeostasis for M. truncatula resistance to A. euteiches and that N availability impacts NO homeostasis by affecting S-nitrosothiol levels and S-nitrosoglutathione reductase activity in roots. These studies highlight, therefore, the importance of N metabolism and its interaction with plant genotype in defense responses in M. truncatula

Effet de la nutrition et du génotype sur les réponses de défense chez <em>Medicago truncatula</em>

National audienceLes organismes phytopathogènes sont responsables de la destruction d’environ 30% des récoltes. Malgré leur impact négatif sur l’environnement et la santé humaine, les produits phytosanitaires restent un des principaux moyens de lutte. Dans un cadre général de diminution de l’utilisation de ces produits, mon projet de thèse a pour objectif de mieux comprendre l’effet de la nutrition de la plante et de son génotype sur les mécanismes moléculaires impliqués dans ses réponses de défense vis-à-vis des pathogènes et ceci afin de définir des stratégies de lutte innovantes. Etude de l’effet des carences nutritionnelle sur la signalisation cellulaire et moléculaire des réponses de défense par analyse fonctionnelle de gènes candidats. Les gènes impliqués dans la production de FAO et NO ou impliqués dans la nutrition seront étudiés grâce à l’utilisation de racines transformées (collaboration avec l’INRA de Sophia Antipolis)

Effet de la nutrition azotée sur la résistance de la légumineuse <em>Medicago truncatula</em> à <em>Aphanomyces euteiches</em>

SPE IPMNitrogen (N) is a major limiting factor for plant growth. N availability can also impact plant resistance to pathogens by regulating plant immunity. To better understand the links between N nutrition and plant defense, we analyzed the impact of N availability of plant on Medicago truncatula resistance to the root pathogen, Aphanomyces euteiches, taking into account plant genetic variability. This oomycete is considered as the most limiting factor for legume production. Two conditions of N nutrition, non-limiting or deprived in N, and ten plant genotypes were tested in vitro. The results showed that the resistance is modulated by nutritional conditions, depending on plant genotype. Analysis of the expression of genes involved in N metabolism and defense and quantification of different amino-acids contents and secondary metabolic compounds showed different responses of the genotypes and highlighted a potential role of glutamine in this pathosystem. Furthermore, our work underlined the importance of nitric oxide (NO) homeostasis for M. truncatula resistance to A. euteiches and that N availability impacts NO homeostasis by affecting S-nitrosothiol levels and S-nitrosoglutathione reductase activity in roots. These studies highlight, therefore, the importance of N metabolism and its interaction with plant genotype in defense responses in M. truncatula.L’azote (N) est un facteur majeur limitant la croissance des plantes. Sa disponibilité peut également avoir un impact sur la résistance des plantes aux pathogènes en régulant leur immunité. Afin de mieux comprendre les liens entre la nutrition azotée et les défenses de la plante, nous avons analysé l’impact de la disponibilité en N sur la résistance de Medicago truncatula à un pathogène racinaire, Aphanomyces euteiches, en prenant en compte la variabilité génétique de la plante. Cet oomycète est considéré comme un des facteurs limitant le plus la production des légumineuses. Deux conditions de nutrition azotée, non limitante ou carencée en N, et dix génotypes de M. truncatula ont été testés in vitro. Les résultats ont montré que la résistance est modulée par les conditions nutritionnelles, dépendament du génotype. Les analyses d’expression de gènes impliqués dans le métabolisme azoté et dans les réponses de défense ainsi que la quantification des teneurs en acides aminés et des composés métaboliques secondaires ont montré des réponses différentes selon les génotypes et la condition nutritive. Elles ont souligné en particulier le rôle potentiellement important de la glutamine dans ce pathosystème. De plus, nous avons mis en évidence l’importance de l’homéostasie du monoxyde d’azote (NO) dans la résistance de M. truncatula à A. euteiches et que la disponibilité en azote impactait l’homéostasie du NO en affectant les niveaux de S-nitrosothiols et l’activité de la S-nitrosoglutathion réductase dans les racines. Ces résultats soulignent l’importance du métabolisme azoté et de son interaction avec le génotype de la plante dans les réactions de défense chez M. truncatula

Effet de la nutrition azotée sur la résistance de la légumineuse Medicago truncatula à Aphanomyces euteiches

Nitrogen (N) is a major limiting factor for plant growth. N availability can also impact plant resistance to pathogens by regulating plant immunity. To better understand the links between N nutrition and plant defense, we analyzed the impact of N availability of plant on Medicago truncatula resistance to the root pathogen, Aphanomyces euteiches, taking into account plant genetic variability. This oomycete is considered as the most limiting factor for legume production. Two conditions of N nutrition, non-limiting or deprived in N, and ten plant genotypes were tested in vitro. The results showed that the resistance is modulated by nutritional conditions, depending on plant genotype. Analysis of the expression of genes involved in N metabolism and defense and quantification of different amino-acids contents and secondary metabolic compounds showed different responses of the genotypes and highlighted a potential role of glutamine in this pathosystem. Furthermore, our work underlined the importance of nitric oxide (NO) homeostasis for M. truncatula resistance to A. euteiches and that N availability impacts NO homeostasis by affecting S-nitrosothiol levels and S-nitrosoglutathione reductase activity in roots. These studies highlight, therefore, the importance of N metabolism and its interaction with plant genotype in defense responses in M. truncatula.L’azote (N) est un facteur majeur limitant la croissance des plantes. Sa disponibilité peut également avoir un impact sur la résistance des plantes aux pathogènes en régulant leur immunité. Afin de mieux comprendre les liens entre la nutrition azotée et les défenses de la plante, nous avons analysé l’impact de la disponibilité en N sur la résistance de Medicago truncatula à un pathogène racinaire, Aphanomyces euteiches, en prenant en compte la variabilité génétique de la plante. Cet oomycète est considéré comme un des facteurs limitant le plus la production des légumineuses. Deux conditions de nutrition azotée, non limitante ou carencée en N, et dix génotypes de M. truncatula ont été testés in vitro. Les résultats ont montré que la résistance est modulée par les conditions nutritionnelles, dépendament du génotype. Les analyses d’expression de gènes impliqués dans le métabolisme azoté et dans les réponses de défense ainsi que la quantification des teneurs en acides aminés et des composés métaboliques secondaires ont montré des réponses différentes selon les génotypes et la condition nutritive. Elles ont souligné en particulier le rôle potentiellement important de la glutamine dans ce pathosystème. De plus, nous avons mis en évidence l’importance de l’homéostasie du monoxyde d’azote (NO) dans la résistance de M. truncatula à A. euteiches et que la disponibilité en azote impactait l’homéostasie du NO en affectant les niveaux de S-nitrosothiols et l’activité de la S-nitrosoglutathion réductase dans les racines. Ces résultats soulignent l’importance du métabolisme azoté et de son interaction avec le génotype de la plante dans les réactions de défense chez M. truncatula

Chapter 5.2.1.6 - Phosphorus control of plant interactions with mutualistic and pathogenic microorganisms: a mini‐review and a case study of the Medicago truncatulaB9 mutant

Prod 2020-8b pole SPE IPM AGROSUPInternational audiencePhosphorus (P) is an important macroelement necessary for plant growth and development but is often limiting in the environment. Plants adapt to P limitation by initiating a P starvation response (PSR) to better adjust their development and metabolism to this limiting resource. Not surprisingly, P plays a key role in mutualistic and pathogenic interactions. After a brief review on the regulation of plant–microbe interactions by P, we will discuss whether the Medicago truncatula B9 mutant which displays an altered P status and which is hypermycorrhizal, partially nodulation‐defective and hypersusceptible to the pathogen Aphanomyces euteiches could represent a case of P control of plant immunity in the light of recent findings in this field

Interaction between Medicago truncatula and the pathogenic oomycete Aphanomyces euteiches: effects of nitrogen nutrition and plant genotype

Plants are under the constant threat of microbial pathogens. To defend themselves, plants have developed immune responses (including for example synthesis of antimicrobial secondary metabolites, production of PR proteins or reinforcement of cell wall) that can lead to resistance. However, these plant defense responses are costly and lead plants to continuously face a dilemma regarding the partitioning of their available resources. In order to better understand relationships between plant nutrition and defense, we analyzed the impact of nitrogen (N) nutrition on the capacity of different M. truncatula genotypes to resist against A. euteiches, the causal agent of legume root rot disease. N stands at a crossroad between primary metabolism and defense and we consider that channeling of N metabolism represents a key point in the trade-off between plant growth and immune response. Two nutrition conditions and ten representative plant genotypes have been studied using an in vitro inoculation assay. Plants were phenotyped according to several macroscopic or molecular parameters already described as relevant indicators of plant resistance and principal component analyses were performed in order to estimate the behavior of the different genotypes. First results have shown effects of genotype and nutrition taken individually, and interestingly strong interactions between genotypes and nutrition conditions. Indeed, for the F83005.5 genotype, sensitivity to A. euteiches increases under nitrate deficiency. In contrast, the tolerant A17 genotype, appears more resistant in the same condition. Experiments are in progress to investigate the molecular and biochemical processes underlying the expression of the N-dependent plant resistance. Special attention is given to the interaction between N nutrition, the production and role of Reactive Nitrogen Species such as nitric oxide (NO) and the expression of genes encoding proteins involved in N utilization and in secondary metabolism

Effets de la nutrition et du génotype de la plante sur la résistance de <em>Medicago truncatula</em> à <em>Aphanomyces euteiches</em>

National audienceDans la nature, les plantes ont la capacité de mettre en oeuvre des réponses immunitaires pour faire face aux microorganismes pathogènes. Cependant, ces réponses de défense sont coûteuses en énergie et conduisent la plante à détourner une partie de ces ressources destinées à d’autres traits de vie comme la croissance. Ce compromis défense/croissance est largement conditionné par la disponibilité extérieure en nutriments. Afin de mieux décrire et comprendre les liens entre la nutrition et la défense, nous avons analysé l’impact de la nutrition azotée et l’effet de la variabilité génétique végétale sur la capacité de la légumineuse Medicago truncatula à résister à un agent pathogène, l’oomycète racinaire, Aphanomyces euteiches. Deux conditions de nutrition azotée et dix génotypes de plantes ont été testés. Le degré de résistance de la plante est estimé selon différents paramètres macroscopiques et moléculaires, grâce à des analyses en composantes principales. Les premiers résultats ont montré des réponses contrastées selon le génotype et les conditions nutritives. L’azote joue donc un rôle important dans les réponses de défense chez M. truncatula. Pour tenter de comprendre les mécanismes impliqués dans ces réponses différentes, nous avons effectué des analyses d’expression de gènes et des analyses biochimiques plus poussées sur quatre génotypes contrastés. La quantification des acides aminés a montré un effet du pathogène, de la carence en azote et du génotype sur les niveaux de certains acides aminés. Une étude de molécules impliquées dans la signalisation et issues du métabolisme azoté, tel que le monoxyde d’azote (NO), a montré que la résistance de la plante était en partie contrôlée par l’homéostasie du NO

Effects of plant nutrition and genotype on Medicago truncatula defense responses against Aphanomyces euteiches

SPEIPMInternational audienc

Effets de la nutrition et du génotype de la plante sur la résistance de Medicago truncatula à Aphanomyces euteiches

SPEIPMUBAGROSUPINRADans la nature, les plantes ont la capacité de mettre en oeuvre des réponses immunitaires pour faire face aux microorganismes pathogènes. Cependant, ces réponses de défense sont coûteuses en énergie et conduisent la plante à détourner une partie de ces ressources destinées à d’autres traits de vie comme la croissance. Ce compromis défense/croissance est largement conditionné par la disponibilité extérieure en nutriments. Afin de mieux décrire et comprendre les liens entre la nutrition et la défense, nous avons analysé l’impact de la nutrition azotée et l’effet de la variabilité génétique végétale sur la capacité de la légumineuse Medicago truncatula à résister à un agent pathogène, l’oomycète racinaire, Aphanomyces euteiches. Deux conditions de nutrition azotée et dix génotypes de plantes ont été testés. Le degré de résistance de la plante est estimé selon différents paramètres macroscopiques et moléculaires, grâce à des analyses en composantes principales. Les premiers résultats ont montré des réponses contrastées selon le génotype et les conditions nutritives. L’azote joue donc un rôle important dans les réponses de défense chez M. truncatula. Pour tenter de comprendre les mécanismes impliqués dans ces réponses différentes, nous avons effectué des analyses d’expression de gènes et des analyses biochimiques plus poussées sur quatre génotypes contrastés. La quantification des acides aminés a montré un effet du pathogène, de la carence en azote et du génotype sur les niveaux de certains acides aminés. Une étude de molécules impliquées dans la signalisation et issues du métabolisme azoté, tel que le monoxyde d’azote (NO), a montré que la résistance de la plante était en partie contrôlée par l’homéostasie du NO